Messsignale integrieren

Spezial

Signalverarbeitung – Kistler zeigt mit zwei Lösungen, wie sich piezoelektrische Messsignale einfach und bequem in verbreitete Soft- und Hardwareplattformen einfügen lassen.

17. Juni 2015

Die Erfassung von Messsignalen und -ergebnissen ist ein vielfältiges Betätigungsfeld, in dem sich spezialisierte Hersteller voll entfalten können. Dies zeigte sich auch wieder auf der Sensor + Test in Nürnberg, wo der Sensor- und Messspezialist Kistler aus der Schweiz ein umfangreiches Programm an Neuerungen und Bewährtem vorgestellt hat.

Ein Beispiel sind Sensoren für die dynamische Kraft-, Druck-, Drehmoment- und Beschleunigungsmessung, aber der Schwerpunkt lag auf zwei Marktneuheiten für die Messelektronik, die als wichtige Eigenschaft den Anwender dabei unterstützen, Messsignale in gängige Hard- und Software-Plattformen zu integrieren. Denn die piezoelektrische Messtechnik hat laut Kistler zu Unrecht den Ruf, komplex und aufwendig zu sein.

Diese Feststellung bestätigt der digitale Labor-Messverstärker Kistler LabAmp 5165A. Er liefert die Sensorsignale in digitalisierter Form, sodass sich diese problemlos am PC weiterverarbeiten lassen. Signale von piezoelektrischen Sensoren, Piezotron-Sensoren (IEPE) und Sensoren mit Spannungsausgang lassen sich gewohnt rauscharm verstärken und analog ausgeben, ganz neu aber auch einfach und komfortabel direkt digital mit 24 Bit erfassen.

Der Verstärker bietet über die weitverbreitete offene Software-Plattform LabviewTM von National Instruments zudem die Möglichkeit, Daten komfortabel in eigene Anwendungen einzubinden. Traditionelle Anwender, die vorwiegend mit analogen ±10-Volt-Ausgangssignalen arbeiten, profitieren laut Kistler dank der modernen Signalverarbeitung von fast unbeschränkten Filtermöglichkeiten. So ist eine hohe Flexibilität geboten.

Die Kommunikation mit dem ein- oder vierkanaligen Verstärker erfolgt via Ethernet, die Bedienung anwenderfreundlich in einem herkömmlichen Web-Browser. Das ist gleichzeitig der einfachste und schnellste Weg, den Kistler LabAmp zu konfigurieren. Spitzenwerte werden direkt in der grafischen Bedienoberfläche angezeigt, und ein Daten-Download auf Knopfdruck überträgt die aktuellen Messwerte auf den Computer, um den Datenstrom zu verarbeiten. Schwingungsanalysen oder pulsierende Druckmessungen sind nur zwei Beispiele von zahlreichen Einsatzmöglichkeiten, für die sich der Kistler LabAmp 5165A eignet.

Verstärker mit dabei

Ebenfalls in Zusammenhang mit National Instruments (NI) steht die zweite neue Lösung zur Signalverarbeitung: Schon lange lassen sich die bei Beschleunigungsmessungen üblichen piezoelektrischen Sensoren mit integrierter Elektronik wie Piezotron oder IEPE in Anwendungen mit den wiederprogrammierbaren Ein- und Ausgabegeräten CompactRIOTM von NI einbinden. Bei Sensoren mit Ladungsausgang war dazu bisher ein externer Verstärker erforderlich.

Dank des Ladungsverstärker-Moduls Kistler 5171A mit 24 Bit ist das jetzt auch direkt möglich. Der Anwender kann piezoelektrische Sensoren zur Messung von Kraft, Druck, Drehmoment und Beschleunigung mühelos in eigene Lösungen integrieren. Das 5171A digitalisiert je nach Version die Ladungssignale von einem oder vier PE-Sensoren.

Diese Eigenschaften vereinfachen Verkabelung und Konfiguration und führen nicht zuletzt auch zu einer höheren Signalqualität. Der nutzbare Frequenzbereich beträgt je nach Ladungsbereich bis zu 20 Kilohertz bei einer Sample-Rate bis zu 50,8 Kilosample pro Sekunde. Für weniger dynamische Anwendungen bietet das Modul die Möglichkeit quasi-statischer Messungen von beinahe null Hertz. Dies ermöglicht beispielsweise auch das Erfassen langsamer Kraftverläufe.

Charakteristisch für PE-Sensoren ist der weite, hochauflösende Messbereich. Ein mit einem Mega-Newton vorbelasteter Kraftsensor kann problemlos Signale im Bereich einiger Newton messen. Weiter ergibt die große Steifigkeit sehr hohe Eigenfrequenzen, was ein breites Nutzspektrum zulässt. Dies ist laut Kistler ideal für sehr schnelle Vorgänge. Auch der sehr große Temperaturbereich lässt Anwendungen zu, wo andere Technologien bereits aufgeben müssen. Mobile Datenerfassung, Prozessüberwachung oder kleinere Prüfstandssysteme sind einige Beispiele möglicher Anwendungen.

Hochempfindlich

Eine Produktneuheit im Bereich Sensorik bei Kistler ist ein Miniatur-Drucksensor der Serie 601C. Dieser eignet sich wegen seiner hohen Empfindlichkeit für die zuverlässige Messung kleinster Druckpulsationen im Bereich von mehreren Millibar oder auch dynamischer Druckverläufe bis 250 bar.

Außerdem haben die Schweizer einen Prototyp aus der neuen Serie ihrer keramischen Scher-Beschleunigungssensoren mit zentraler Mittellochbefestigung auf den Markt gebracht. Der Beschleunigungssensor Typ 8764B in Miniaturgröße ermöglicht eine flexible Wahl des Kabelabganges um 360 Grad und kann daher auf sehr kleinem Raum befestigt werden.

Zu den Anwendungen gehören Betriebsfestigkeits- und NVH-Tests in der Automobilindustrie oder auch Schwingungstests in Luft- und Raumfahrt. mk

Auf einen Blick

- Die Kistler-Gruppe mit Schweizer Hauptsitz ist ein weltweiter Anbieter von dynamischer Messtechnik für Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung zur Analyse physikalischer Vorgänge, zur Regelung industrieller Prozesse und zur Optimierung der Produktqualität.

- Vollständiges Programm von Sensoren, Elektronik und Systemen für die Motorenentwicklung, Fahrzeugtechnik, Kunststoffverarbeitung, Metallverarbeitung und Montagetechnik sowie für Biomechanik.

- 1.350 Mitarbeitende, 319 Millionen Schweizer Franken Umsatz in 2014.

Erschienen in Ausgabe: 05/2015